Creuset de quartz pour l'extraction de monocristal de silicium

Le creuset à quartz Semicorex pour l'extraction de monocristaux de silicium est le composant principal de la fabrication de plaquettes de silicium. L'étape de préparation du monocristal détermine les paramètres techniques, tels que le diamètre, l'orientation des cristaux, le type de dopage, la plage et la distribution de résistivité, la concentration en oxygène et en carbone, la durée de vie des porteurs minoritaires et les défauts de réseau du silicium. Cela nécessite que les micro-défauts, la concentration en oxygène, les impuretés métalliques et l'uniformité de la concentration des porteurs soient tous contrôlés dans une certaine plage.

Dans le processus de croissance monocristalline Czochralski, le creuset à quartz pour l'extraction de monocristaux de silicium doit résister à des températures supérieures au point de fusion du silicium (1420 ℃). Le creuset en quartz est majoritairement translucide et composé de plusieurs couches.

La couche externe est une région à forte densité de bulles, appelée couche composite de bulles ; la couche interne est une couche transparente de 3 à 5 mm, appelée couche d'épuisement des bulles. La présence de la couche d'appauvrissement des bulles réduit la densité de la zone de contact creuset-solution, améliorant ainsi la croissance du monocristal.

Étant donné que la couche interne du creuset de quartz entre directement en contact avec le liquide de silicium, elle se dissoudra continuellement dans le silicium et la microbulle dans la couche transparente du creuset grandira pour se fissurer et libérer les particules de quartz et les microbulles. Ces impuretés traversent ensuite toute la masse fondue de silicium, affectant directement la cristallisation et la qualité du monocristal de silicium.

Creuset de Quartzpour le silicium monocristallin, l'extraction entre directement en contact avec le liquide de silicium, de sorte que les impuretés et les bulles qui ne sont pas efficacement contrôlées dans le processus de production, cela affectera évidemment les résultats de l'extraction des cristaux, voire entraînera l'échec de l'extraction des cristaux et la détérioration/gaspillage du matériau. Étant donné que les plaquettes de silicium monocristallin nécessitent une pureté élevée et que le coût d'un processus d'extraction de monocristal est élevé, les exigences en matière de creuset à quartz pour l'extraction de monocristaux de silicium sont élevées en termes de pureté, de performances des bulles et de stabilité de la qualité.

Impuretés : Les impuretés affectent directement les performances et le rendement des monocristaux. Par conséquent, la teneur en impuretés duquartzUn creuset en contact direct avec le silicium fondu est crucial. Des impuretés excessives dans le creuset conduisent souvent à une cristallisation dans le creuset en quartz (accumulation locale d'ions d'impuretés conduisant à une viscosité réduite). Si la cristallisation se produit près de la surface interne, une couche de cristallisation locale trop épaisse a tendance à se décoller, empêchant ainsi la croissance ultérieure du monocristal ; si une épaisse couche de cristallisation se forme sur la paroi externe, un renflement au fond ou une courbure est susceptible de se produire ; si la cristallisation pénètre dans le corps du creuset, elle peut facilement entraîner une série de conséquences graves telles qu'une fuite de silicium.

Bulles : Le sable de quartz de haute pureté contient lui-même des inclusions gaz-liquides. Pendant le processus d'extraction des cristaux, la surface intérieure du creuset en contact avec le silicium fondu se dissout continuellement dans le silicium fondu.  Les microbulles de la couche transparente se développent continuellement et les bulles les plus proches de la surface la plus interne se rompent, libérant des microparticules de quartz et des microbulles dans le silicium fondu. Les impuretés contenues dans ces microparticules et microbulles sont transportées dans toute la masse fondue de silicium, affectant directement la cristallisation du silicium (rendement, vitesse de cristallisation, temps de chauffage, coûts directs de traitement, etc.) et la qualité du silicium monocristallin (plaquettes perforées, puces noires, etc.).